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日置HIOKI 粉末阻抗測(cè)試系統(tǒng)
名稱：電池測(cè)試儀
品牌：日置HIOKI
型號(hào)：
簡(jiǎn)介：日置HIOKI 粉末阻抗測(cè)試系統(tǒng)● 材料裝載、壓粉和測(cè)量等所有操作均可在手套箱內(nèi)完成。● 安全測(cè)量，無硫化氫氣體泄漏和材料改變的風(fēng)險(xiǎn)● 無需再裝卸樣品，大大縮短了工作時(shí)間。● 同時(shí)測(cè)量壓粉時(shí)的阻抗、厚度和壓力。● 精確計(jì)算材料導(dǎo)電率、離子...
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- 產(chǎn)品介紹
日置HIOKI 粉末阻抗測(cè)試系統(tǒng)
● 材料裝載、壓粉和測(cè)量等所有操作均可在手套箱內(nèi)完成。
● 安全測(cè)量，無硫化氫氣體泄漏和材料改變的風(fēng)險(xiǎn)
● 無需再裝卸樣品，大大縮短了工作時(shí)間。
● 同時(shí)測(cè)量壓粉時(shí)的阻抗、厚度和壓力。
● 精確計(jì)算材料導(dǎo)電率、離子導(dǎo)電率和體積密度。
● 高效，可在多種加壓條件下對(duì)單一樣品進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。
產(chǎn)品概要
HIOKI日置的粉末阻抗測(cè)試系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)量阻抗、厚度和壓制壓力（電池材料研究中的三個(gè)重要參數(shù)），同時(shí)以高達(dá) 60 kN (764 MPa) 的壓力壓制粉末材料。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊，可在空間有限的手套箱（或干燥室）中安裝和操作。整個(gè)操作無需將樣品從手套箱中取出，大大提高了電池開發(fā)過程的安全性、確定性和效率。特別是，它為硫化物全固態(tài)電池的研究提供了重要價(jià)值，這種電池有望作為下一代電動(dòng)汽車電池，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
極大地改變了研發(fā)環(huán)境和流程！加速開發(fā)全固態(tài)電池
開發(fā)背景
優(yōu)化能源消耗和轉(zhuǎn)向使用可持續(xù)能源是我們當(dāng)前面臨的一項(xiàng)重大社會(huì)性挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，必須擴(kuò)大使用來自可再生能源的電能。為了有效地將目前依賴化石燃料的能源消費(fèi)轉(zhuǎn)向可再生能源，必須實(shí)現(xiàn)電氣化，特別是在交通領(lǐng)域。而最有效的方法之一便是推廣使用插電式的電池電動(dòng)車（BEV）。
40多年來，采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池完成了重大的技術(shù)進(jìn)步。許多電動(dòng)汽車（BEV）都采用這種電池。然而，消費(fèi)者對(duì)當(dāng)前BEV的不滿阻礙了它們的廣泛應(yīng)
用。消費(fèi)者不滿意的原因包括續(xù)航里程、充電時(shí)間、不平衡的車輛成本和安全問題。這四個(gè)問題在很大程度上也是液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池所面臨的挑戰(zhàn)。
要使電動(dòng)汽車（BEV）具有更長的續(xù)航里程、更短的充電時(shí)間、更低的價(jià)格和更高的安全性，就必須實(shí)現(xiàn)下一代電池的應(yīng)用。因此，有關(guān)材料和制造工藝的研究正在積極開展。目前，使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池被認(rèn)為是下一代汽車電池的理想選擇。目前正在研究硫化物、氧化物、鹵化物和聚合物基材料作為固態(tài)電解質(zhì)材料。特別是硫化物和鹵化物基全固態(tài)電池，由于無需高溫?zé)Y(jié)工藝即可實(shí)現(xiàn)高性能，有望盡快實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。在制造工藝方面，干基技術(shù)、如不使用有機(jī)溶劑的干電極和以粘土形式捏合電解質(zhì)的粘土基電池，有望為降低成本做出重大貢獻(xiàn)，目前正在對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行研究。
液態(tài)電解質(zhì)（電解液）需要一層稱為隔膜的絕緣薄膜。如果隔膜破裂，就會(huì)發(fā)生內(nèi)部短路，導(dǎo)致熱失控和電池起火。此外，電解液還極易燃燒，并會(huì)受熱降解。將電解液改為固體電解液有望克服這些弱點(diǎn)。此外，固態(tài)電解質(zhì)的使用將拓寬電極活性材料的選擇范圍，有望在性能方面取得突破。 |
創(chuàng)新的一體化測(cè)量系統(tǒng)
然而，這些前景廣闊的材料和工藝也帶來了挑戰(zhàn)。許多材料對(duì)濕氣很敏感，一旦受潮可能就會(huì)釋放出有害的硫化氫氣體，或是因水分變質(zhì)。因此，研發(fā)工作需要使用手套箱或干燥室。由于手套箱和干燥箱的空間有限，很難安裝所有的評(píng)估設(shè)備。因此，研發(fā)人員不得不在手套箱內(nèi)壓制材料，并將其封入一個(gè)密封的測(cè)試單元中，然后再將樣品取出到室外進(jìn)行測(cè)量。這種重復(fù)的取樣過程不僅增加了硫化氫氣體泄漏和材料變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)，還占用了研發(fā)人員大量的寶貴時(shí)間。
為此，HIOKI日置開發(fā)了一套極其緊湊的一體化測(cè)量系統(tǒng)，可以放置在手套箱內(nèi)。該系統(tǒng)將徹底改變?nèi)虘B(tài)電池的評(píng)估過程。它大大簡(jiǎn)化了從樣品準(zhǔn)備到測(cè)量的整個(gè)過程，同時(shí)確保了高度的安全性。
一體化結(jié)構(gòu)，極大地改變了研發(fā)環(huán)境和流程
該測(cè)量系統(tǒng)非常緊湊，可輕松集成到手套箱中。小型緊湊的設(shè)計(jì)也保證了手套箱內(nèi)足夠的操作空間。在從填充到壓制和測(cè)量的整個(gè)過程中，材料不用離手套箱。這意味著它與外部環(huán)境中的濕氣完全隔絕。
這樣，確保了所有過程都能在嚴(yán)格控制的環(huán)境中完成，從而提高了材料測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和確定性。研究人員可以排除所有無效操作和顧慮，擁有一個(gè)能集中精力進(jìn)行分析的安全的研究環(huán)境。
| 小型輕量、結(jié)構(gòu)緊湊的測(cè)試夾具和小型沖壓裝置使得安裝空間和工作空間都非常緊湊。 |
讓研究人員不必?fù)?dān)憂安全風(fēng)險(xiǎn)和材料變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)
硫化物粉末材料與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)釋放出有害的硫化氫氣體。鹵化物粉末材料也具有很強(qiáng)的吸濕性，被這些水分溶解。電池中使用的許多其他材料在與濕氣發(fā)生反應(yīng)時(shí)都有可能變質(zhì)。
為了避免這些風(fēng)險(xiǎn)，研究人員目前要花費(fèi)大量精力將材料裝入能阻擋濕氣的密封測(cè)試單元，并將它們移入和移出手套箱。該系統(tǒng)可在手套箱內(nèi)完成整個(gè)過程，使研究人員不必?fù)?dān)心安全風(fēng)險(xiǎn)和材料變質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。
通過固定材料和操作人員，可以消除各種風(fēng)險(xiǎn)因素，讓操作人員可以專心工作。 |
在高壓下同時(shí)測(cè)量阻抗、厚度和壓力
SA9003 壓制單元的最大壓制壓力為 764 兆帕（? 10 毫米電極），能夠可靠地達(dá)到用戶預(yù)期的壓制壓力條件。該系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)量阻抗、厚度和壓力，同時(shí)控制粉末的壓縮狀態(tài)。利用這三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行多維分析，可以深入了解堆積密度、離子導(dǎo)電率和導(dǎo)電率之間的關(guān)系。這些分析有助于開發(fā)具有良好柔韌性、粘結(jié)性和抗裂性的固體電解質(zhì)。它們還有助于確定陰極合金的最佳混合比例。
該系統(tǒng)的阻抗測(cè)量方法是2端子測(cè)試法。
交流阻抗測(cè)量是在粉末上方和下方直徑為10mm的電極之間進(jìn)行的。因?yàn)橐獙?duì)電極也施加高壓力，所以在粉末成型中也使用了高強(qiáng)度的硬質(zhì)合金。
測(cè)量所需的傳感器和電極都集成在壓制單元和測(cè)試夾具中，因此所有測(cè)量都可在壓制操作的同時(shí)完成。 |
大幅降低評(píng)估成本，增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)
為了推動(dòng)研究工作，需要不斷重復(fù)假設(shè)和實(shí)驗(yàn)。為了加快全固態(tài)電池的研究，需要進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，改變壓制的壓力條件和材料的混合比例。然而，以前在手套箱中壓制后，必須將樣品拿到室外進(jìn)行特性評(píng)估。此外，由于測(cè)量后的樣品不能重復(fù)使用，因此在每種壓制壓力條件下都要消耗一個(gè)樣品。換句話說，就是操作時(shí)間的長短和樣品的消耗量增加了評(píng)估成本。因此這限制了研究人員的實(shí)驗(yàn)次數(shù)。
HIOKI日置的粉末阻抗測(cè)量系統(tǒng)能在手套箱內(nèi)完成整個(gè)操作。例如，過去大約需要兩個(gè)小時(shí)或更長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)工作現(xiàn)在有望縮短到十分鐘。此外，用于電學(xué)測(cè)量的集成壓制設(shè)備和電極可在壓制壓力變化的情況下對(duì)單個(gè)樣品進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，大大減少了樣品消耗量。研究人員可以在有效利用有限的資源的同時(shí)，進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。
可以針對(duì)單個(gè)樣品逐步改變壓力條件，同時(shí)獲取每個(gè)條件的測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析。 |
系統(tǒng)構(gòu)成
該系統(tǒng)由多個(gè)單元組成。
SA9003：緊湊型壓機(jī)裝置，配有傳感器，用于測(cè)量壓機(jī)設(shè)備、厚度和壓力。
SA9004-01：用于填充粉末材料并配有電極的高強(qiáng)度測(cè)試夾具。
SA2653：用于整合測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量軟件。
SA2654：用于監(jiān)測(cè)機(jī)械參數(shù)的傳感器單元。
SA9005：用于去除壓制粉末的裝置。
根據(jù)測(cè)量對(duì)象，您可以選擇交流或直流電阻測(cè)量儀。
固體電解質(zhì)，需要進(jìn)行交流電阻測(cè)量：IM3570 或 IM3533 + L2280-01。
導(dǎo)電助劑，需要直流電阻測(cè)量：RM3545A + L2280-03
3臺(tái)測(cè)量儀器的組合覆蓋了直流 1 mHz ~ 5 MHz 的寬測(cè)量頻率范圍。
測(cè)量硫化物固體電解質(zhì)時(shí)推薦阻抗分析儀IM3570。
手套箱安裝示例
從材料裝載到壓制和測(cè)量的一系列操作都可以在手套箱內(nèi)完成。尺寸請(qǐng)參考規(guī)格頁面。
測(cè)試用臺(tái)架SA9003 和測(cè)量儀之間的連接電纜長度為80cm。
(測(cè)量儀器和 BNC 法蘭之間：30cm，BNC法蘭和壓制單元之間：50cm）。
系統(tǒng)標(biāo)配兩條 USB連接線（A-B 型）。
圖中的標(biāo)注 *1：可另外提供的特殊規(guī)格。 *2：請(qǐng)客戶自行準(zhǔn)備。 |
測(cè)量后立即對(duì)不同樣品的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形比較
專用軟件包括測(cè)量和查看功能。因此，在測(cè)量完成后，可以立即比較不同樣品之間的數(shù)據(jù)。
STEP 1：同時(shí)獲取阻抗、厚度和壓力數(shù)據(jù)。
STEP 2： 根據(jù)測(cè)量到的阻抗數(shù)據(jù)計(jì)算總電阻。
根據(jù)總電阻計(jì)算離子導(dǎo)電率、電導(dǎo)率和體積電阻率。
STEP 3：通過Viewer功能，您可以創(chuàng)建任何項(xiàng)目的圖表，并比較不同樣品之間的數(shù)據(jù)。
X軸 | 荷載（kN）、壓力（MPa）、體積密度（g/cm3）、填充系數(shù)（%）*3、孔隙率（%）*3 |
Y軸 | 阻抗 (Ω)、體積電阻率 (Ωcm)、電導(dǎo)率 (s/cm)、離子電導(dǎo)率 (s/cm)、相對(duì)電導(dǎo)率 (F/m)*4、堆積密度 (g/cm3)、厚度 (mm)、填充率 (%)*3、孔隙率 (%)*3 |
*3：僅適用于真實(shí)密度輸入 *4：僅適用于特定頻率的交流連續(xù)模式 |
計(jì)算總電阻的方法
X (Ω) 的最大值和最小值會(huì)自動(dòng)從奈奎斯特曲線圖的弧線中提取出來。
對(duì)提取的最大值和最小值之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行圓擬合，并將與 X 軸的交點(diǎn)作為總電阻值 R。
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